1.3 智慧环保

智慧环保是互联网技术与环境信息化相结合的概念。智慧环保是数字环保概念的延伸和拓展，其借助物联网技术，把感应器和装备嵌入各种环境监控对象（物体）中，通过超级计算机和云计算将环保领域物联网整合，实现人类社会与环境业务系统的整合，以更加精细和动态的方式实现环境管理和决策的智慧。中国物联网校企联盟认为物联网技术的发展会带动智能环保的发展，实现环境保护的有效化。

1.3.1 从数字环保发展到智慧环保

智慧环保是利用物联网技术、云计算技术、3G技术和业务模型技术，以数据为核心，把环保领域物联网的数据获取、传输、处理、分析通过超级计算机和云计算整合起来，通过“智在管理、慧在应用”，以更加精细和动态的方式为环境管理和环境保护提供智慧管理和服务支持。智慧环保并不等同于数字环保，是后者发展的延续和高级阶段。

从数字环保到智慧环保，是在数字环保技术的基础上加强感知层技术和智慧层技术的应用和建设，前者主要是指物联网技术，后者主要是指云计算、模糊识别等智能技术。感知层的传感器对环境污染源数据、大气环境质量数据等进行实时的采集和监控。分析感知层采集到的数据，这才是最终的目的。

1.3.2 智慧环保的总体目标

智慧环保的总体目标如图1-4所示。

1.3.3 智慧环保系统目标

环保是一个庞大的体系，其包括环境监测、数据分析以及对污染源的监督管理、追责等，需要企业、各级政府和多个部门共同来完成。智慧环保体系主要体现在以下几个方面，如图1-5所示。

1.3.4 智慧环保总体架构

智慧环保的基本构成是由各种传感器元件构成的感知层，其次是数据传输层，再次是利用数据的智慧层和服务层，如图1-6所示。

1.感知层

感知层是物联网的基础，是联系物理世界与信息世界的重要纽带，是利用臭氧、一氧化碳、PM2.5等任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备，实时感知大气、水及噪声等的污染源及环境质量等变化，实现对环境质量、污染源、生态、辐射等环境因素的“更透彻的感知”。感知层包括二维码标签和识读器、RFID（射频识别）标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，主要功能是识别物体、采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用类似。

2.传输层

传输层利用环保专网、运营商网络，结合4G、卫星通信等技术，将感知层收集到的环境信息在物联网上互动和共享，达到环境区域网格化、低成本布点效果，快速感知环境变化，快速做出异常点报警提示，改变传统监测模式数据滞后的弊端，实现在环境信息上更加全面的互联互通。

3.智慧层

大数据是重大资源，如果运用不得当就失去了采集的意义。大数据的应用须以云计算、虚拟化和高性能计算等技术手段，整合和分析海量的跨地域、跨行业的环境信息，实现海量存储、实时处理、深度挖掘和模型分析，得出有用的数据，才能使智能化更加深入，对环保信息的分析更加准确无误，这需要云服务平台的支持，借助云计算强大的分析能力来分析环保大数据。目前，环保部门已经提出生态环境大数据的总体框架，现阶段服务层仍处于运行的初级阶段，尚未达到使用云计算分析的程度。

4.服务层

服务层利用云服务模式，建立面向企业、公众的业务应用系统和信息服务门户，为环境质量、污染防治、生态保护、辐射管理等业务提供更智慧、更科学的决策，更好地达到环境保护的效果。

1.3.5 智慧环保的优势

相对于传统的环保监测网络，智慧环保借助智能化感知器件、大数据和物联网，其优势如图1-7所示。

他山之石

西班牙：空气质量及污染监测网

OSIRIS是欧盟的一个综合计划，是欧洲对环境有效管理的一套综合信息基础架构。OSIRIS通过部署完善的感测网，运用现场实地监测的感测系统，达到监测与防灾的效果。OSIRIS涵盖现场监测系统、资料整合和信息管理、服务三阶段流程。OSIRIS针对空气质量及污染、地下水污染、森林火灾和工业建筑火灾4种情境进行了实验。

以空气质量传感网为例，可分为空气质量监测和空气污染监测两种情境。这一模拟示范区为西班牙巴利亚多利德市，空气质量监测通过9个固定式空气质量监测站（安置于大楼顶端）监测CO、CO2、NO、NO2、O3以及气象因子，通过安置于公交车顶端的传感器移动监测NO、NO2等浓度和噪声污染。在适当时间将监测数据以无线技术传输至监控中心，与附近固定式气象站信息结合，对后续污染物扩散模拟预测分析，并且将资料集成后以图形的方式呈现在地图上，作为决策单位的预警系统。

空气污染情境则是在巴利亚多利德市近郊模拟测试的。当运载有毒化学品的列车发生翻覆事故时，造成有毒物质扩散，一旦接到报警， OSIRIS会派出带有传感器的微型无人空中飞行器前往事发地点上空进行大气污染物采样，无人空中飞行器将通过地面控制站和OSIRIS系统与监控中心沟通并传送信息，同时收集即时影像及气象信息供扩散模拟组分析，生成产生有毒气体扩散的时空模拟图，以便监控中心评估灾情程度以及确定需疏散的地区。

他山之石

无人机队：监督乱丢垃圾

2017年4月，迪拜市政府的垃圾管理部门部署无人机机队，在全市范围内监督乱丢垃圾的行为。这些无人机将在垃圾站、海滩以及沙漠露营地等场所监督乱丢垃圾的人。

在迪拜，关于禁止乱丢垃圾的法律非常严格。如果某人屡次在街头乱丢烟头，可能会被管理部门处以数百美元的罚款。在街头随地吐痰也会招致高额罚款。迪拜垃圾管理处负责人表示：“这些无人机的最大好处在于帮助我们节约时间。我们不再需要派出市政人员上街巡逻，无人机可以在短时间内迅速飞到各个地点，向我们提供数据和高清照片。”

他山之石

NU Swan系统：高效监控水库水质

水库的水质监控主要依靠固定的在线监测站，主要通过小船的航行来划定监测范围，其监测范围是有限的，或者采用手动原位测量技术，这种技术又非常消耗时间。为解决这一问题，新加坡国立大学的一个科研小组研发了一种智能化机器平台来对水库水质进行实时监测。这个平台是“NU Swan（smart water assessment network）”，它的外形是一只白天鹅，会在水库水面上行驶且无人驾驶，自动监测水质。

NU Swan在选择监测点时会自动设定一条高效路线，收集到的数据会实时传输到指挥中心并发送给操作人员，根据这些数据，操作人员会对NU Swan的运行远程遥控并实时调整。该系统的典型操作是在目标流域内对三个NU Swan机器人管控，使其对目标水体协作取样。通过羽毛感应梯度变化，可以更精确分析流域水体中营养物的分布情况。

NU Swan系统也可以用于其他监测平台。例如，将NU Swan和水下机器人结合应用，可以了解水库中不同深度的水体情况，还可以与水面浮标监控系统相结合，以扩大监控的覆盖面积。NU Swan系统携带有传感器，可以监测叶绿素a、溶解氧、浊度、蓝绿藻等参数，也可以再增加其他传感器，以扩大应用范围，例如水体监督、污染源追踪，甚至可以用作早期预警以及决策系统。

他山之石

Perma Sense Project：监测阿尔卑斯山

通过物联网中无线感应技术的应用，Perma Sense Project项目实现了长期监控瑞士阿尔卑斯山地质和环境状况。现场不再需要人为的参与，而是通过无线传感器对整个阿尔卑斯山脉实行大范围深层次监控，包括温度的变化对山坡结构的影响以及气候对土质渗水的影响等。

参与该计划的瑞士巴塞尔大学、苏黎世大学与苏黎世联邦理工学院，派出了包括计算机、网络工程、地理与信息科学等领域专家在内的研究团队。据他们介绍，该计划所搜集到的数据可作为自然环境研究的参考，同时，经过分析后的信息也可以作为提前掌握山崩、落石等自然灾害的事前警示。

他山之石

澳大利亚昆士兰州：“智慧桥”的实验

在澳大利亚昆士兰州，通过在一座大桥上安装各种各样的传感器，不仅可以告诉城市管理者桥上的车辆数量、车的重量、车排放的污染、车的新旧，还可以告诉人们这辆车对这座桥整个混凝土的结构带来多大的压力。由此，交通管理部门可以实时评估，获得这座桥结构强度的数据，一旦压力超出了所设定的极限值，交通管理部门可以获得警报，及时发现。